RNA is important for the in-cell solubility of its interacting protein: Implications in RNA-mediated protein folding : RNA는 작용 단백질의 세포 내 수용성에 중요하다: RNA 중재에 의한 단백질 접힘에 대한 견해

국문 초록 (Abstract)

‘어떻게 단백질이 고도로 복잡한 세포 내에서 잘못 접힘과 뭉침 등의 잘못된 진로를 피해 효율적으로 적합한 3차원 구조에 이르는 가?’라는 질문은 매우 궁극적인 질문이다. 전통적으로, 단백질 접힘은 분자 샤페론 이라는 개념 안에서 연구되어 왔다. 그러난 심도 깊은 여러 연구에도 불구하고 단백질의 접합 파트너 (리간드)가 결합하는 단백질의 접힘, 잘못 접힘, 뭉침, 항상성 등을 포함하는 세포 내 수용성에 미치는 영향은 여전히 대부분 밝혀지지 않았다. RNA는 세포 내에 다량 존재하며, 단백질의 모든 생애 주기에 직간접적으로 작용한다. 모든 단백질은 예외 없이 리보좀 기관에 의해 합성되며, 따라서 합성 초기부터 리보좀 RNA (rRNA)와 밀접하게 연결되어있다. 또한 많은 수의 단백질 들이 RNA 리간드와 결합하여 RNA-단백질 복합체 (RNP 복합체)를 이룬다. 따라서 RNA가 작용하는 단백질의 접힘과 항상성에 어떤 역할을 하는 지 연구하는 것은 매우 뜻깊은 일이다. 하지만 현재 단백질 접힘 연구는 이런 리간드가 단백질의 세포 내 수용성에 주는 역할에 대해 묻지도, 해답을 주지도 않는다. 본 연구에서는 RNase P를 모델로 M1 RNA가 결합하는 C5 단백질의 접힘에 관여하는 지를 조사하였다. 대장균에서 M1 RNA를 C5 단백질과 함께 발현했을 때 단백질의 수용성이 크게 증가하였다. M1 RNA는 또한 시험관 내에서 C5 단백질의 재접힘을 크게 유도하였다. 그러나 C5 단백질과 M1 RNA 결합능력이 저해된 돌연변이를 사용했을 때에는 이런 수용성과 접힘의 증가가 나타나지 않았다. 또한 본 연구는 M1 RNA가 정상 세포 환경에서는 돌연변이 C5 단백질의 분해를 촉진하고, 단백질 분해 기작이 제 기능을 수행하지 못할 때에는 오히려 단백질의 뭉침을 촉진하는 단백질의 질을 관리하는 역할 또한 한다는 것을 보여주었다. 본 연구를 통해 RNA 리간드가 작용하는 단백질의 접힘을 중재함을 보여주었으며 이를 통해 단백질의 접힘과 항상성에 작용하는 RNA의 새로운 기능에 대한 견해를 제시해 줄 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

It is one of the fundamental questions how proteins efficiently reach their proper 3D structures in the presence of off-pathways such as misfolding and aggregation, in the highly crowded environment. Traditionally, protein folding has been studied in the boundary of molecular chaperones. Despite extensive studies on various types of molecular chaperones, the effect of a binding partner (or a ligand) on the in-cell solubility of its cognate protein, including protein folding, misfolding, aggregation, and homeostasis, still remains largely undefined. RNAs are abundant in the cytoplasm, where they directly or indirectly interact with proteins over the course of their life cycle. All proteins are synthesized by ribosomal machinery, and as such, are linked to or in close contact with ribosomal RNAs (rRNAs) from the beginning of their synthesis. In addition, a great number of proteins interacts with their RNA ligands and forms RNA-protein complexes (RNP complexes). Thus, it is worth examining the effect of RNA on the folding and proteostasis of its interacting proteins, but the current concept of protein folding neither ask nor answer the effect of ligands on the in-cell solubility of their interacting proteins. Here I used RNase P as a model system and tested a possibility that M1 RNA modulates the in-cell solubility of its cognate C5 protein in the formation of RNase P. Coexpression of M1 RNA greatly increased the solubility of C5 protein in Escherichia coli. Moreover, M1 RNA substantially stimulated the refolding of C5 protein in vitro. Mutations that have the impaired binding ability between C5 protein and M1 RNA failed to increase the solubility of C5 protein. Furthermore, M1 RNA provides quality insurance of its cognate C5 protein, either by enhancing the degradation of C5 protein mutants in normal cellular condition, or by stimulating protein aggregation if the proteolytic machinery is non-functional. These results strongly suggest the chaperoning role of RNA ligands as a mediator in the folding and proteostasis of their interacting proteins and would give new insights into novel RNA functions for in-cell solubility of their interacting proteins.